CN110978673A - 一种铝合金高空作业平台型材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝合金高空作业平台型材，包括有铝合金基层，铝合金基层的内表面贴合有钢合金层，铝合金基层的外表面贴合有编织碳纤维层，平台型材设置有至少两个的不规则空腔；铝合金基层组成为：铬1％‑2％、铜1％‑3％、锰2％‑3％、锆0.05％‑0.15％、钕0.03％‑0.09％、钒0.04％‑0.08％、硅0.5％‑1.0％、二氧化硅0.5％‑0.9％、镍0.1％‑0.3％、钛0.05％‑0.08％、铁1.2％‑2.5％、钯0.03％‑0.05％、镧0.01％‑0.03％、钴0.1％‑0.5％、碳纤维1.5％‑3.5％、石墨晶须0.02％‑0.05％，余量为铝，本发明具有广阔的市场前景和市场价值。

Description

一种铝合金高空作业平台型材
技术领域
本发明涉及铝合金型材设计技术领域，具体涉及一种铝合金高空作业平台型材。
背景技术
铝是地球上含量极丰富的金属元素，且具有高比强度和弹性模量，高电导率和高热导率，极良好的耐腐蚀性能。1921年全世界的铝产量为20.3万吨，1988年达到了1780万吨，2003年则达到了2400万吨。我国铝工业规模居世界第三，已具有年产400万吨电解铝的生产能力。铝材已成为我国仅次于钢铁的第二大金属材料，在现代国民生活中起着越来越重要的作用。
高空作用中所需求的铝合金，不仅质量要轻，而且结构强度刚度和硬度要大，才有利于保护高空作用的工作人员的生命安全；而且选择铝合金型材作为高空作业的基材，相对于一般的钢合金，铝合金有着质量轻、耐腐蚀、强度刚度好等一系列的优点，设计出的高空平台作业所用的铝合金型材将满足市场需求，解决现有的高空平台的作业问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种铝合金高空作业平台型材，通过对其进行材质原料以及设计结构上的优化，目的在于解决高空平台铝合金型材强度、刚度、硬度以及结构牢固性不够的缺陷。
为实现本发明目的，采用的技术方案是：
一种铝合金高空作业平台型材，包括有铝合金基层，所述铝合金基层的内表面贴合有钢合金层，所述铝合金基层的外表面贴合有编织碳纤维层，所述平台型材设置有至少两个的不规则空腔；
所述铝合金基层中各元素组成的质量百分比为：铬1％-2％、铜1％-3％、锰2％-3％、锆0.05％-0.15％、钕0.03％-0.09％、钒0.04％-0.08％、硅0.5％-1.0％、二氧化硅0.5％-0.9％、镍0.1％-0.3％、钛0.05％-0.08％、铁1.2％-2.5％、钯0.03％-0.05％、镧0.01％-0.03％、钴0.1％-0.5％、碳纤维1.5％-3.5％、石墨晶须0.02％-0.05％，余量为铝。
作为优选的，所述钢合金层中各元素组成的质量百分比为：铬4-5.5％、硅0.5-1.5％、锰2-4％、钼1-2％、钒0.2-0.8％、铌0.05-0.25％、碳0.16-0.45％、铝1.5-2.5％，余量为铁。
作为优选的，所述平台型材的两侧设置有T型加强筋，T型加强筋设置有加强筋条插入到平台型材内，且两端的T型加强筋的材质与钢合金层的材质相同。
作为优选的，所述铝合金基层的中部设置为圆筒结构，圆筒结构的中心设置有长圆筒通孔；所述长圆筒通孔的两侧设置有至少2个对称分布的T型加强筋插孔。
作为优选的，所述T型加强筋的加强筋条插入T型加强筋通孔内，并在平台型材中部的圆通结构内通过连接栓进行连接。
作为优选的，所述平台型材的两侧的上下端均设置有T型加强筋安装孔，T型加强筋安装孔内设置有咬合螺纹；所述T型加强筋的上下端均设置有T型加强筋安装螺栓，T型加强筋安装螺栓与T型加强筋安装孔配套咬合连接。
作为优选的，所述铝合金基层的制备方法为：
a.升温熔融：按照所述汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料；将余量铝投入熔炼炉在1000-1500℃下进行熔炼，熔化后搅拌20-30min，搅拌的同时进行超声；
再升温至1900-1950℃，加入配料好的其他金属元素、硅、二氧化硅进行熔融，搅拌30-60min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
b.过滤杂质：将步骤a所得到的合金混合熔液保持在1900-1950℃的状态下进行过滤，过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质，得到相对纯净的合金混合熔液；
再将碳纤维以及石墨晶须剪切为所需长度，投入到1900-1950℃的合金混合熔液中，搅拌20-40min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
c.水冷铸造：采用金属型水冷半连续铸造技术对步骤b所得到的合金混合熔液进行处理，控制合金混合熔液出炉温度为700-750℃,铸造温度为650-700℃,铸造速度为90-100mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，得到铝合金铸锭；
d.多级热处理：对步骤c得到的铝合金铸锭进行多级热处理：
第一级：升温至250-350℃，保温3-5h；
第二级：升温至450-480℃，保温4-6h；
第三级：降温至200-250℃，保温2-3h，空冷至室温；
第四级：升温至150-250℃，保温2-3h；
第五级：升温至450-500℃，保温6-8h；
第六级：降温至150-200℃，保温1-2h，空冷至室温；
第七级：升温至300-350℃，保温2-4h，出炉空冷至室温；
e.挤压成型：将挤压模具预热到400℃-450℃，模筒预热到350℃-450℃，将步骤d得到的铝合金铸锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，以挤压压力为110N/mm2-120N/mm2、挤压速度为0.5m/s-0.6m/s进行挤压，得到半成品铝合金型材；
f.淬火校直：将步骤e中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理，随后进行校直处理，得到成品铝合金型材；
将成品铝合金型材放入退火炉中，设定温度为80-100℃，保温10-13h；
再设定温度为150-200℃，保温6-12h；
然后设定温度为50-80℃，保温12-20h；
空冷至室温后再设定温度为95-105℃，保温8-12h，空冷至室温；
经表面处理、精整、检查验收得到铝合金型材；
g.切锯时效：对得到的铝合金型材按照实际需要进行锯切，将锯切后的型材在温度为150～200℃、保温时间为3～8h的条件下进行时效处理；
h.静电喷涂：将时效后的铝合金型材按照实际需求模样进行打孔、焊接、组装，用防腐防静电油性环保涂料喷涂在铝合金型材的表面，形成致密的喷涂层，即得到铝合金基层。
作为优选的，所述铝合金基层的制备方法步骤3中的水冷：冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于45℃。
作为优选的，所述铝合金基层的制备方法步骤4中的多级热处理：第一级以100-150℃/h升温；第二级以50-80℃/h升温；第三级以强风风冷降温；第四级以80-120℃/h升温；第五级以100-150℃/h升温；第六级以150-180℃/h降温至150-180℃，以水冷方式冷至室温；第七级以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温。
作为优选的，所述铝合金基层的制备方法步骤5中的淬火处理：通过将铝合金型材缓慢通过温度为45℃-55℃的水槽内进行。
本发明的有益效果为：本发明高空作业的铝合金型材分为三部分，编织碳纤维层和钢合金层对铝合金基层进行补强，并通过设置有加强筋，进一步地改善铝合金基层的结构与性能；采用铬、锰、铜、铁、钴、锗和镍为主要元素制成的铝合金基层，加入适当比例的锆、钕、钒、钛、钯、镧等微量元素，还加入了碳纤维以及石墨晶须，可大大提高铝合金基层的强度、硬度和刚度；适当比例的铜的加入，保证了铝合金基层在具有超高强度的同时，可对合金产生附加的强化效果，提高合金的耐腐蚀和疲劳性能；通过加入微量铬元素、锆元素、钕元素和锆锰元素，在铝合金中形成复合强化相，对晶界的钉扎作用更强，能更有效地抑制再结晶；采用微量钕、镧等稀土元素，在铝合金中起到净化、变质作用，同时细化铸态组织，易填补铝相表面缺陷，改善合金的热塑性，提高铝合金力学性能；添加锰元素可细化晶粒，降低合金淬火敏感性，提高铝合金基层的应力腐蚀性能，提高材料的韧性；加入碳纤维，进一步地提升铝合金的刚度、强度和硬度，提升其抗拉伸性能。
在制造铝合金基层的过程中，对热处理及时效处理采用多级处理方式，可改善超高强度铝合金基层的抗应力腐蚀性；再在铝合金基层的外表面包裹有编织碳纤维，内表面贴合有钢合金层，进一步补强铝合金基层的强度、刚度和硬度。综上所述，本发明高空平台的铝合金型材不仅在结构上进行优化，加入编制碳纤维层和钢合金层对铝合金基层进行补强，而且，在原料组成上采用更先进的配方和制造手段，最终得到的铝合金高空平台型材在结构和性能远胜现有技术，具有实用性和创造性。
附图说明
图1是本发明铝合金高空作业平台型材的结构示意图1。
图2是本发明铝合金高空作业平台型材的结构示意图2。
图中：1、铝合金基层；2、编织碳纤维层；3、钢合金层；4、T型加强筋；5、T型加强筋安装螺栓；6、加强筋条；7、连接栓；8、咬合螺纹；9、T型加强筋通孔；10、T型加强筋安装孔；11、长圆筒通孔；12、不规则空腔。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-2所示，一种铝合金高空作业平台型材，包括有铝合金基层1，所述铝合金基层1的内表面贴合有钢合金层3，所述铝合金基层1的外表面贴合有编织碳纤维层2，所述平台型材设置有至少两个的不规则空腔12。
更进一步地，所述铝合金基层1中各元素组成的质量百分比为：铬1.5％、铜2％、锰2.5％、锆0.1％、钕0.06％、钒0.06％、硅0.7％、二氧化硅0.8％、镍0.2％、钛0.06％、铁1.8％、钯0.04％、镧0.02％、钴0.4％、碳纤维2.5％、石墨晶须0.03％，余量为铝。
更进一步地，所述钢合金层3中各元素组成的质量百分比为：铬5.1％、硅1％、锰3％、钼1.5％、钒0.6％、铌0.15％、碳0.3％、铝2％，余量为铁。
更进一步地，所述平台型材的两侧设置有T型加强筋4，T型加强筋4设置有加强筋条6插入到平台型材内，且两端的T型加强筋4的材质与钢合金层3的材质相同。
更进一步地，所述铝合金基层1的中部设置为圆筒结构，圆筒结构的中心设置有长圆筒通孔11。
更进一步地，所述长圆筒通孔11的两侧设置有至少2个对称分布的T型加强筋插孔9。
更进一步地，所述T型加强筋4的加强筋条6插入T型加强筋通孔9内，并在平台型材中部的圆通结构内通过连接栓7进行连接。
更进一步地，所述平台型材的两侧的上下端均设置有T型加强筋安装孔10，T型加强筋安装孔10内设置有咬合螺纹8。
更进一步地，所述T型加强筋4的上下端均设置有T型加强筋安装螺栓5，T型加强筋安装螺栓5与T型加强筋安装孔10配套咬合连接。
更进一步地，所述铝合金基层1的制备方法为：
a.升温熔融：按照所述汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料；将余量铝投入熔炼炉在1000℃下进行熔炼，熔化后搅拌30min，搅拌的同时进行超声；
再升温至1900-1950℃，加入配料好的其他金属元素、硅、二氧化硅进行熔融，搅拌45min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
b.过滤杂质：将步骤a所得到的合金混合熔液保持在1900-1950℃的状态下进行过滤，过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质，得到相对纯净的合金混合熔液；
再将碳纤维以及石墨晶须剪切为所需长度，投入到1900-1950℃的合金混合熔液中，搅拌30min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
c.水冷铸造：采用金属型水冷半连续铸造技术对步骤b所得到的合金混合熔液进行处理，控制合金混合熔液出炉温度为750℃,铸造温度为650℃,铸造速度为95mm/min,冷却水压为0.4MPa，得到铝合金铸锭；
d.多级热处理：对步骤c得到的铝合金铸锭进行多级热处理：
第一级：升温至350℃，保温3h；
第二级：升温至450℃，保温6h；
第三级：降温至200℃，保温3h，空冷至室温；
第四级：升温至250℃，保温2h；
第五级：升温至450℃，保温8h；
第六级：降温至150℃，保温2h，空冷至室温；
第七级：升温至300℃，保温4h，出炉空冷至室温；
e.挤压成型：将挤压模具预热到450℃，模筒预热到400℃，将步骤d得到的铝合金铸锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，以挤压压力为115N/mm2、挤压速度为0.55m/s进行挤压，得到半成品铝合金型材；
f.淬火校直：将步骤e中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理，随后进行校直处理，得到成品铝合金型材；
将成品铝合金型材放入退火炉中，设定温度为90℃，保温12h；
再设定温度为180℃，保温9h；
然后设定温度为65℃，保温16h；
空冷至室温后再设定温度为100℃，保温10h，空冷至室温；
经表面处理、精整、检查验收得到铝合金型材；
g.切锯时效：对得到的铝合金型材按照实际需要进行锯切，将锯切后的型材在温度为150～200℃、保温时间为3～8h的条件下进行时效处理；
h.静电喷涂：将时效后的铝合金型材按照实际需求模样进行打孔、焊接、组装，用防腐防静电油性环保涂料喷涂在铝合金型材的表面，形成致密的喷涂层，即得到铝合金基层1。
更进一步地，所述铝合金基层1的制备方法步骤3中的水冷：冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于45℃。
更进一步地，所述铝合金基层1的制备方法步骤4中的多级热处理：第一级以100-150℃/h升温；第二级以50-80℃/h升温；第三级以强风风冷降温；第四级以80-120℃/h升温；第五级以100-150℃/h升温；第六级以150-180℃/h降温至150-180℃，以水冷方式冷至室温；第七级以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温。
更进一步地，所述铝合金基层1的制备方法步骤5中的淬火处理：通过将铝合金型材缓慢通过温度为45℃-55℃的水槽内进行。
在本发明中，本发明高空作业的铝合金型材分为三部分，编织碳纤维层2和钢合金层3对铝合金基层1进行补强，并通过设置有加强筋，进一步地改善铝合金基层1的结构与性能；采用铬、锰、铜、铁、钴、锗和镍为主要元素制成的铝合金基层1，加入适当比例的锆、钕、钒、钛、钯、镧等微量元素，还加入了碳纤维以及石墨晶须，可大大提高铝合金基层1的强度、硬度和刚度；适当比例的铜的加入，保证了铝合金基层1在具有超高强度的同时，可对合金产生附加的强化效果，提高合金的耐腐蚀和疲劳性能；通过加入微量铬元素、锆元素、钕元素和锆锰元素，在铝合金中形成复合强化相，对晶界的钉扎作用更强，能更有效地抑制再结晶；采用微量钕、镧等稀土元素，在铝合金中起到净化、变质作用，同时细化铸态组织，易填补铝相表面缺陷，改善合金的热塑性，提高铝合金力学性能；添加锰元素可细化晶粒，降低合金淬火敏感性，提高铝合金基层的应力腐蚀性能，提高材料的韧性；加入碳纤维，进一步地提升铝合金的刚度、强度和硬度，提升其抗拉伸性能。
在制造铝合金基层1的过程中，对热处理及时效处理采用多级处理方式，可改善超高强度铝合金基层1的抗应力腐蚀性；再在铝合金基层1的外表面包裹有编织碳纤维层2，内表面贴合有钢合金层3，进一步补强铝合金基层1的强度、刚度和硬度。综上所述，本发明高空平台的铝合金型材不仅在结构上进行优化，加入编制碳纤维层2和钢合金层3对铝合金基层1进行补强，而且，在原料组成上采用更先进的配方和制造手段，最终得到的铝合金高空平台型材在结构和性能远胜现有技术，具有实用性和创造性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种铝合金高空作业平台型材，其特征在于：包括有铝合金基层(1)，所述铝合金基层(1)的内表面贴合有钢合金层(3)，所述铝合金基层(1)的外表面贴合有编织碳纤维层(2)，所述平台型材设置有至少两个的不规则空腔(12)；
所述铝合金基层(1)中各元素组成的质量百分比为：铬1％-2％、铜1％-3％、锰2％-3％、锆0.05％-0.15％、钕0.03％-0.09％、钒0.04％-0.08％、硅0.5％-1.0％、二氧化硅0.5％-0.9％、镍0.1％-0.3％、钛0.05％-0.08％、铁1.2％-2.5％、钯0.03％-0.05％、镧0.01％-0.03％、钴0.1％-0.5％、碳纤维1.5％-3.5％、石墨晶须0.02％-0.05％，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述钢合金层(3)中各元素组成的质量百分比为：铬4-5.5％、硅0.5-1.5％、锰2-4％、钼1-2％、钒0.2-0.8％、铌0.05-0.25％、碳0.16-0.45％、铝1.5-2.5％，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述平台型材的两侧设置有T型加强筋(4)，T型加强筋(4)设置有加强筋条(6)插入到平台型材内，且两端的T型加强筋(4)的材质与钢合金层(3)的材质相同。
4.根据权利要求1所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述铝合金基层(1)的中部设置为圆筒结构，圆筒结构的中心设置有长圆筒通孔(11)；
所述长圆筒通孔(11)的两侧设置有至少2个对称分布的T型加强筋插孔(9)。
5.根据权利要求3或4所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述T型加强筋(4)的加强筋条(6)插入T型加强筋通孔(9)内，并在平台型材中部的圆通结构内通过连接栓(7)进行连接。
6.根据权利要求5所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述平台型材的两侧的上下端均设置有T型加强筋安装孔(10)，T型加强筋安装孔(10)内设置有咬合螺纹(8)；
所述T型加强筋(4)的上下端均设置有T型加强筋安装螺栓(5)，T型加强筋安装螺栓(5)与T型加强筋安装孔(10)配套咬合连接。
7.根据权利要求1所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述铝合金基层(1)的制备方法为：
a.升温熔融：按照所述汽车用行李架的基材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料；将余量铝投入熔炼炉在1000-1500℃下进行熔炼，熔化后搅拌20-30min，搅拌的同时进行超声；
再升温至1900-1950℃，加入配料好的其他金属元素、硅、二氧化硅进行熔融，搅拌30-60min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
b.过滤杂质：将步骤a所得到的合金混合熔液保持在1900-1950℃的状态下进行过滤，过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质，得到相对纯净的合金混合熔液；
再将碳纤维以及石墨晶须剪切为所需长度，投入到1900-1950℃的合金混合熔液中，搅拌20-40min，搅拌的同时进行超声，检测合金成分并调整；
c.水冷铸造：采用金属型水冷半连续铸造技术对步骤b所得到的合金混合熔液进行处理，控制合金混合熔液出炉温度为700-750℃,铸造温度为650-700℃,铸造速度为90-100mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，得到铝合金铸锭；
d.多级热处理：对步骤c得到的铝合金铸锭进行多级热处理：
第一级：升温至250-350℃，保温3-5h；
第二级：升温至450-480℃，保温4-6h；
第三级：降温至200-250℃，保温2-3h，空冷至室温；
第四级：升温至150-250℃，保温2-3h；
第五级：升温至450-500℃，保温6-8h；
第六级：降温至150-200℃，保温1-2h，空冷至室温；
第七级：升温至300-350℃，保温2-4h，出炉空冷至室温；
e.挤压成型：将挤压模具预热到400℃-450℃，模筒预热到350℃-450℃，将步骤d得到的铝合金铸锭送入模筒中，将模筒放入挤压模具内，以挤压压力为110N/mm2-120N/mm2、挤压速度为0.5m/s-0.6m/s进行挤压，得到半成品铝合金型材；
f.淬火校直：将步骤e中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理，随后进行校直处理，得到成品铝合金型材；
将成品铝合金型材放入退火炉中，设定温度为80-100℃，保温10-13h；
再设定温度为150-200℃，保温6-12h；
然后设定温度为50-80℃，保温12-20h；
空冷至室温后再设定温度为95-105℃，保温8-12h，空冷至室温；
经表面处理、精整、检查验收得到铝合金型材；
g.切锯时效：对得到的铝合金型材按照实际需要进行锯切，将锯切后的型材在温度为150-200℃、保温时间为3-8h的条件下进行时效处理；
h.静电喷涂：将时效后的铝合金型材按照实际需求模样进行打孔、焊接、组装，用防腐防静电油性环保涂料喷涂在铝合金型材的表面，形成致密的喷涂层，即得到铝合金基层(1)。
8.根据权利要求7所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述铝合金基层(1)的制备方法步骤3中的水冷：冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于45℃。
9.根据权利要求7所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述铝合金基层(1)的制备方法步骤4中的多级热处理：第一级以100-150℃/h升温；第二级以50-80℃/h升温；第三级以强风风冷降温；第四级以80-120℃/h升温；第五级以100-150℃/h升温；第六级以150-180℃/h降温至150-180℃，以水冷方式冷至室温；第七级以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温。
10.根据权利要求7所述的铝合金高空作业平台型材，其特征在于：所述铝合金基层(1)的制备方法步骤5中的淬火处理：通过将铝合金型材缓慢通过温度为45℃-55℃的水槽内进行。
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